JP2010517746A - スーパーキャパシタ電極を含む脱塩方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【選択図】 図6
Description
図7に示すような試験システム86を使用する。このシステム86はSCDユニット88、希釈槽90及び再生槽92を含んでいる。希釈槽90は、充電作動モードの間供給液体流をSCDユニット88に提供するために使用する。ポンプ94を使用して、充電作動モードの間供給液体をポンプでSCDユニット88に供給する。再生槽92を使用して、放電作動モードの間供給液体流をSCDユニット88に提供する。ポンプ96を使用して、放電作動モードの間SCDユニット88を通して供給液体をポンプで供給する。
図に示されているように、再生水の過飽和度は約600%にも高くなることができる(図9参照)。SCDプロセスは再生水の過飽和に対して良好な許容度を示すが、より低い飽和レベルが有益であり得、混合の不利益がより低くスケーリングの危険性がより少なくなり得る。これを立証するために、再生槽に砂を入れる。再生カラム内の砂の高さは約25cmである。この砂は篩にかけて粒度を約1mm〜約3mmの範囲にする。篩にかけた砂をカラムに入れる前に脱イオン水で数回洗浄する。放電工程中、排出水はカラムの底部からポンプで汲み出し、SCDユニットの入口にポンプで供給する。SCDユニットの出口からの再生流は再生槽の頂部に戻す。
上記実験(実施例1及び2)はCaSO4水を用いて行われる。実施例3では、Los Angeles水道水の2倍の濃度の合成水を作成し、試験する。この合成水の組成を表1に示す。
Claims (60)
- 溶質担持電極から排出液体流中に溶質を放出させることを含む方法であって、排出液体流が、該溶質担持電極が溶質を獲得した元の供給流よりも相対的に高い濃度の溶質を有する、方法。
- 前記電極がスーパーキャパシタ電極であり、さらに、溶質を供給流から電極上に吸収させて溶質担持電極及び出力流を形成することを含んでおり、出力流が供給流よりも相対的に低い溶質濃度を有する、請求項1記載の方法。
- 電極が第2の脱塩装置内に配置されていて、供給流を第1の脱塩装置から第2の脱塩装置へ流すことをさらに含んでいるか、或いは電極が第2の脱塩装置内に配置されていて、出力流を第2の脱塩装置から第1の脱塩装置へ流すことをさらに含む、請求項2記載の方法。
- 第1の脱塩装置が膜を含んでいて、液体流を膜に通して流して供給流を形成するか又は出力流を第2の脱塩装置から膜に通して流して出力流を濾過することを含む、請求項3記載の方法。
- 第1の脱塩装置が透析装置又は逆浸透装置を含む、請求項3記載の方法。
- 前記透析装置が電気透析脱塩又は電気透析逆脱塩装置である、請求項5記載の方法。
- さらに、第1の脱塩装置で濃縮流及び希釈流を生成することを含み、濃縮流が希釈流よりも高濃度の溶質を有し、第1の脱塩装置から流出する濃縮流が第2の脱塩装置に対する供給流である、請求項3記載の方法。
- 濃縮流の容積が排出液体流の容積の約80%超である、請求項7記載の方法。
- 第1の脱塩装置の希釈流及び第2の脱塩装置の出力流の合計容積が第1の脱塩装置中への液体の総流入量の容積の約97.5%超である、請求項7記載の方法。
- さらに、電極を含有するハウジングを出る前に流れが電極を2回以上流れるように排出液体流を循環させることを含む、請求項1記載の方法。
- さらに、第1の作動モードで電極にエネルギーを貯蔵し、第2の作動モードで電極からエネルギーを回収することを含む、請求項1記載の方法。
- 前記電極が正に荷電した電極であり、溶質が負に荷電している、請求項1記載の方法。
- 前記放出が、排出液体流を過飽和させることを含む、請求項1記載の方法。
- さらに、排出液体流の水分量を低減することを含む、請求項1記載の方法。
- 前記低減が、排出液体流から固体、半固体又はスラリー材料を形成して溶質を分離すると共に、排出液体流よりも溶質濃度の低い回収水流を形成することを含む、請求項14記載の方法。
- さらに、固体、半固体又はスラリー材料をプレスすることを含む、請求項15記載の方法。
- 前記低減が、排出液体流を蒸発させて、排出液体流よりも溶質濃度の低い回収水流から溶質を分離することを含む、請求項14記載の方法。
- 前記低減が、排出液体流を沈殿又は結晶化させて、排出液体流よりも溶質濃度の低い回収水流から溶質を分離することを含む、請求項14記載の方法。
- 第1のサブシステム、及び
第1のサブシステムと流体連通している第2のサブシステム
を備える脱塩システムであって、第2のサブシステムが溶質を溶質担持電極から排出液体流中に放出させる手段を含んでおり、排出液体流が、溶質担持電極が溶質を獲得した元の溶質担持供給流よりも相対的に高い濃度の溶質を有する、前記脱塩システム。 - 第1のサブシステムが供給流体を受け入れて第1及び第2の流出流体流を生成し、第1の流出流体流が供給流体の溶質濃度よりも相対的に低い溶質濃度を有し、第2の流出流体流が供給流体の溶質濃度よりも相対的に高い溶質濃度を有する、請求項19記載の脱塩システム。
- 第1のサブシステムが逆浸透システム、電気透析脱塩システム、電気透析逆脱塩システム又はナノ濾過脱塩システムを含む、請求項19記載の脱塩システム。
- 第2のサブシステムが充電作動モードと放電作動モードとを有しており、第2のサブシステムが、
スーパーキャパシタ脱塩ユニットが第2の放電作動モードにあるときに排出流をスーパーキャパシタ脱塩ユニットに供給する再生源、及び
スーパーキャパシタ脱塩ユニットが第1の充電作動モードにあるときに第1のサブシステムから第2の流出流体流を受け入れるスーパーキャパシタ脱塩ユニット
を含む、請求項19記載の脱塩システム。 - 前記再生源が、スーパーキャパシタ脱塩ユニットが第2の放電作動モードにあるときにスーパーキャパシタ脱塩ユニットから排出流を受け入れる、請求項22記載の脱塩システム。
- 前記スーパーキャパシタ脱塩ユニットが、スーパーキャパシタ脱塩ユニットが充電作動モードにあるときに出力流を生成し、出力流が第2の流出流体流よりも相対的に低い濃度の溶質を有する、請求項23記載の脱塩システム。
- 第1のサブシステムがスーパーキャパシタ脱塩ユニットからの出力流の少なくとも一部分を受け入れて流体ループを画成し、受け取られる出力流部分が第1のサブシステムに対する供給流体の少なくとも一部分である、請求項22記載の脱塩システム。
- 第1のサブシステムが水処理プラント内に配置されており、第2のサブシステムが水処理プラントの外に配置されている、請求項22記載の脱塩システム。
- 第1のサブシステム、
第1のサブシステムと流体連通している第2のサブシステム、及び
第2のサブシステムと接続したコントローラ
を備える処理システムであって、コントローラからの信号に応答して、第2のサブシステムが溶質を溶質担持電極から排出液体流へ放出させ、排出液体流が、溶質担持電極が溶質を獲得した元の溶質担持供給流よりも相対的に高い濃度の溶質を有する、処理システム。 - 第1のサブシステムが供給液体を受け入れて、供給液体よりも溶質含有量の低い第1の流れと供給液体よりも溶質含有量の高い第2の流れとを生成し、第2の流れが溶質担持供給流として第2のサブシステムに流れる、請求項27記載のシステム。
- 充電作動モード及び放電作動モードで作動可能なスーパーキャパシタ脱塩ユニット、
スーパーキャパシタ脱塩ユニットが充電作動モードにあるときにスーパーキャパシタ脱塩ユニットに供給流を供給するように構成された供給源、並びに
スーパーキャパシタ脱塩ユニットが放電作動モードにあるときにスーパーキャパシタ脱塩ユニットに飽和供給流又は過飽和供給流を供給するように構成された再生源
を含む、脱塩システム。 - 前記再生源がスーパーキャパシタ脱塩ユニットからの排出流を受け入れるように構成されている、請求項29記載の脱塩システム。
- 前記再生源が飽和液体を含む、請求項29記載の脱塩システム。
- 前記再生源が過飽和液体を含む、請求項29記載の脱塩システム。
- 前記再生源が細長く、第1の端部及び第2の端部を有しており、再生源の第1の端部が飽和又は過飽和液体を保持するための清澄化ゾーンを画成しており、再生槽の第2の端部が結晶化粒子を保持するための結晶化ゾーンを画成している、請求項29記載の脱塩システム。
- 前記再生源が第1の材料及び異なる第2の材料を含んでおり、第1の材料が第1の端部に配置されており、第2の材料が第2の端部に配置されている、請求項33記載の脱塩システム。
- 第1の材料が有機物材料を含み、第2の材料が無機材料を含む、請求項34記載の脱塩システム。
- 前記供給源及び再生源によりスーパーキャパシタ脱塩ユニットに供給された液体の20%未満が液体廃棄物となる、請求項29記載の脱塩システム。
- 前記供給源及び再生源によりスーパーキャパシタ脱塩ユニットに供給された液体の10%未満が液体廃棄物となる、請求項36記載の脱塩システム。
- さらに、コントローラを含む、請求項29記載の脱塩システム。
- 前記コントローラが、SCDユニットからの流出を変える一定の時間間隔前に逐次段階的又は連続的な流れのシフトがSCDユニットへの液体の流れを切り替えるように、脱塩システムを制御するように作動可能である、請求項38記載の脱塩システム。
- 前記コントローラが、脱塩システムの作動モードを放電作動モードから充電作動モードへ、及び充電作動モードから放電作動モードへ切り替えるように作動可能である、請求項38記載の脱塩システム。
- さらに、充電作動モードと放電作動モードとの間にスーパーキャパシタ脱塩ユニットを通してポンプで空気を送るように構成されている、請求項29記載の脱塩システム。
- さらに、スーパーキャパシタ脱塩ユニットからの排出液体を結晶化するように作動可能な晶析装置を含む、請求項29記載の脱塩システム。
- 前記晶析装置が乾燥機を含む、請求項42記載の脱塩システム。
- 前記再生源が砂を含む、請求項29記載の脱塩システム。
- さらに、システム内の液体廃棄物を蒸発させるように作動可能な蒸発器を含む、請求項29記載の脱塩システム。
- 前記スーパーキャパシタ脱塩ユニットがスーパーキャパシタ脱塩セルのスタックを含む、請求項29記載の脱塩システム。
- 前記スーパーキャパシタ脱塩ユニットが、
第1の導電性材料を含む第1の電極、第1の電極はセルの充電作動モードにおいてイオンを吸着し、セルの放電作動モードにおいてイオンを脱着することができ、
第2の導電性材料を含む第2の電極、第2の電極はセルの充電作動モードにおいてイオンを吸着することができ、セルの放電作動モードにおいてイオンを脱着することができ、
第1及び第2の電極の間に配置されたスペーサ、スペーサは第1の電極を第2の電極から電気的に絶縁し、
第1の電極に連結された第1の集電器、並びに
第2の電極に連結された第2の集電器
を含む、請求項29記載の脱塩システム。 - 第1の電極及び第2の電極の少なくとも1つが約400m2/g超の容積当たりの表面積を有する、請求項47記載の脱塩システム。
- スーパーキャパシタ脱塩ユニット、
システムが第1の作動モードにあるときにスーパーキャパシタ脱塩ユニットを通して液体を案内するように構成された第1のフィードバックループを含む第1の液体流路、及び
システムが第2の作動モードにあるときにスーパーキャパシタ脱塩ユニットを通して液体を案内するように構成された第2のフィードバックループを含む第2の液体流路
を含む脱塩システム。 - 第1の作動モードがスーパーキャパシタ脱塩ユニットの充電作動モードからなり、第2の作動モードがスーパーキャパシタ脱塩ユニットの放電作動モードを含む、請求項49記載の脱塩システム。
- 第1の液体流路が、第1の作動モード中スーパーキャパシタ脱塩ユニットに供給流を供給するように構成された希釈槽を含む、請求項49記載の脱塩システム。
- 前記スーパーキャパシタ脱塩ユニットが、第1の作動モード中供給流がスーパーキャパシタ脱塩ユニットを通過するとき希釈槽からの供給流を脱塩するように構成されている、請求項51記載の脱塩システム。
- 第2の液体流路が、第2の作動モード中飽和又は過飽和供給流をスーパーキャパシタ脱塩ユニットに供給し、スーパーキャパシタ脱塩ユニットからの排出流を受け入れるように構成された再生槽を含む、請求項49記載の脱塩システム。
- 前記スーパーキャパシタ脱塩ユニットが、第2の作動モード中飽和又は過飽和供給流がスーパーキャパシタ脱塩ユニットを通過するとき再生槽からの飽和又は過飽和供給流を塩化するように構成されている、請求項53記載の脱塩システム。
- 第1の期間の時間充電作動モード中第1の源からの第1の液体流をスーパーキャパシタ脱塩ユニットに通して供給し、
第2の期間の時間放電作動モード中第2の源からの第2の液体流をスーパーキャパシタ脱塩ユニットに通して供給する
ことを含む液体処理方法。 - 第1の液体流を供給することが、第1の液体流がスーパーキャパシタ脱塩ユニットを通過するときにその第1の液体流を脱塩することを含む、請求項55記載の液体処理方法。
- 第2の液体流を供給することが、第2の液体流がスーパーキャパシタ脱塩ユニットを通過するときにその第2の液体流を塩化することを含む、請求項55記載の液体処理方法。
- 第1の期間の時間が第2の期間の時間より長い、請求項55記載の液体処理方法。
- 第2の液体流を第2の源から供給することが、飽和又は過飽和液体を再生槽からスーパーキャパシタ脱塩ユニットに通して供給することを含む、請求項55記載の液体処理方法。
- 第2の液体流を供給することが、スーパーキャパシタ脱塩ユニット及び再生槽を含むフィードバックループで有限量の液体を再生槽から供給することを含む、請求項55記載の液体処理方法。
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